Betriebszeit des Leistungsschalters vs. Auslösezeit: Was sie bedeuten und warum sie wichtig sind

Ein Wartungstechniker in einer Werkstatt für Niederspannungsschaltanlagen nahm ein Stückprüfzertifikat für einen 400-A-Kompaktleistungsschalter in die Hand und bemerkte zwei Zahlen, die scheinbar nicht übereinstimmten: Auslösezeit 18 ms, Betätigungszeit 23 ms. Beide Abbildungen sind auf demselben Dokument abgedruckt, beschreiben jedoch unterschiedliche Phasen derselben Fehlerbeseitigungssequenz. Vereinfacht gesagt: Auslösezeit ist, wie schnell der Auslöser den Überstrom erkennt und den Mechanismus zum Öffnen befiehlt Betriebszeit ist, wie schnell der Mechanismus dann die Kontakte trennt. Fügen Sie die Lichtbogenzeit hinzu, und Sie erhalten die Gesamtlöschzeit, die in Schutzkoordinierungsstudien tatsächlich verwendet wird.

In diesem Artikel werden beide Definitionen erläutert, typische Werte aus Standards und Felddaten angegeben und die Komponenten identifiziert, die jedes Intervall steuern.

Betriebszeit: Die mechanische Hälfte der Gleichung

Die Betriebszeit, auch Öffnungszeit oder mechanische Betriebszeit genannt, wird vom Moment der Aktivierung des Auslösers bis zum Erreichen der Kontakttrennung aller Pole gemessen. IEC 60947 verwendet diese Grenze für die Prüfung von Niederspannungsgeräten, und das gleiche Intervall erscheint in ANSI-Zeitberichten und Ausdrucken von Leistungsschalteranalysatoren. Es handelt sich um eine rein mechanische Größe: Verriegelungsreibung, Betätigungsfederkraft, Masse des beweglichen Kontakts, Verbindungsspiel und Kontaktweg tragen alle dazu bei. Über die Erkennungsgeschwindigkeit der Version wird hier nichts gesagt.

Diese mechanischen Variablen erklären, warum die Betriebszeit je nach Geräteklasse unterschiedlich ist. Die Leistungsschalter-Timing-Studie von EPRI, in der Feldtests für mehrere Mittel- und Hochspannungs-Leistungsschalterfamilien zusammengefasst wurden, ergab Öffnungszeiten von 23 bis 42 ms und Schließzeiten von 50 bis 95 ms, je nach Modell und Mechanismus. Niederspannungs-Kompaktgehäuseschalter sind in der Regel schneller, da ihre Kontakte leichter sind und der Hub kürzer ist.

Auslösezeit: Die Auslösereaktion

Die Auslösezeit ist die Erkennungsstufe. Sie beginnt, wenn ein Fehlerstrom beginnt, und endet, wenn der Auslöser den Auslösemechanismus betätigt. In einem thermisch-magnetischen MCCB führen zwei Elemente diesen Schritt gemeinsam aus. Das Bimetall reagiert auf Temperatur und schützt den Überlastbereich; Die elektromagnetische Spule reagiert nahezu augenblicklich auf hohe Ströme. Der technische Vergleich der Auslöseeigenschaften von Leitungsschutzschaltern von ABB beschreibt die gleiche Aufteilung: Der elektromagnetische Auslöser bietet sofortigen Kurzschlussschutz, während das Thermoelement Überlastungen abdeckt. Elektronische Auslöser bieten zusätzliche Programmierbarkeit mit Langzeit-, Kurzzeit- und Soforteinstellungen, die eine absichtliche Verzögerung für die nachgelagerte Koordination ermöglichen.

Aufgrund dieser Doppelkonstruktion gibt es für die Auslösezeit keine feste Zahl. Bei 1,5-fachem Nennstrom kann eine Überlastauslösung Minuten dauern; Auf Kurzschlussebene kann derselbe Leistungsschalter je nach Auslöserkonstruktion und Stromstärke innerhalb von 2 bis 20 ms reagieren.

Gesamte Clearing-Zeit: Addition der Stufen

Der Wert, den Schutzingenieure letztendlich benötigen, ist die Gesamtlöschzeit, die alle Verzögerungen vom Beginn des Fehlers bis zum Erlöschen des Lichtbogens und dem Stoppen des Stromflusses umfasst. Die Konvention unterteilt es in drei Intervalle:

Lesen einer Zeit-Strom-Auslösekurve

Die Zeit-Strom-Kurve bzw. Auslösekurve zeigt beide Größen gleichzeitig an. Die Darstellung erfolgt auf logarithmischen Achsen: Die vertikale Achse ist die Auslösezeit und die horizontale Achse ist der Strom als Vielfaches des Nennstroms. Die Kurve ist invers, d. h. je höher der Strom, desto kürzer die Auslösezeit, bis die magnetische oder elektronische Momentanschwelle erreicht wird. An diesem Punkt flacht die Kurve auf einen nahezu konstanten Wert von wenigen Millisekunden ab. Schutzingenieure vergleichen stromabwärtige und stromaufwärtige Kurven, um zu bestätigen, dass ein Einspeisefehler behoben wird, bevor der eingehende Leistungsschalter aktiviert wird, und dass der normale Anlaufstrom des Motors unter dem thermischen Bereich bleibt.

Was im Inneren passiert: Komponenten, die das Timing bestimmen

Was in einem Leistungsschalter passiert, verbindet diese Zahlen mit der physischen Hardware. Wenn die Auslöseeinheit betätigt wird, wird eine Verriegelung freigegeben und eine Betätigungsfeder beschleunigt die bewegliche Kontaktbaugruppe. Der bewegliche Kontakt trennt sich vom festen Kontakt und erzeugt einen Lichtbogen, der in die Lichtbogenkammer gedrückt wird. Deionplatten spalten und kühlen den Lichtbogen, bis er erlischt. Jede Stufe trägt zur Zeit bei: Der Auslöser steuert die Auslösezeit, die Kontaktbaugruppe und die Feder steuern die Betriebszeit und die Lichtbogenkammer steuert die Lichtbogenzeit.

Für Hersteller von Leistungsschaltern und Reparaturzentren, die Leistungsschalter aus Teilen zusammenbauen, sind dies keine abstrakten Designkonzepte. Die bewegliche Kontaktschweißbaugruppe definiert die bewegte Masse und die Kontaktausrichtung; Ein schwereres oder falsch ausgerichtetes Teil verzögert das Öffnen sichtbar. Ein Arbeitsstromauslöser mit hoher Spulenträgheit oder grobem Stößelweg verlängert die Auslösezeit. Eine zu kleine oder erodierte Lichtbogenkammer verlängert die Lichtbogenbildung, was den Kontaktverschleiß und die Kammertemperatur erhöht. Die Auswahl der Komponenten wird daher direkt in den Timing-Testergebnissen angezeigt.

Die drei in der Sequenz gezeigten Teile sind diejenigen, die ein Komponentenlieferant richtig machen muss. Bei Produktionsläufen bestimmen die bewegliche Kontaktbaugruppe, der Arbeitsstromauslöser und die Lichtbogenkammer zusammen mit ihren Feder- und Ausrichtungstoleranzen, ob eine Charge von Leistungsschaltern einen Zeittest beim ersten Versuch besteht.

Schweißbaugruppe mit beweglichem Kontakt aus geformtem Gehäuse der KYM-Serie Diese bewegliche Kontaktbaugruppe ist eine kritische Unterbaugruppe für die MCCB-Zeitsteuerungsleistung. Auf der Seite wird ein komplettes Sortiment an Schweiß- und Nietgeräten angezeigt, was es für Käufer nützlich macht, die eine zuverlässige Serienproduktion benötigen. Produkt anzeigen →

MCCB-Shunt-Auslöser der Serie FT30 Dieser Arbeitsstromauslöser ist für die Fernauslösung in Kompaktleistungsschaltern unerlässlich. Auf der Produktseite sind der modulare Aufbau und die Nennspannungen angegeben. Daher lohnt es sich zu prüfen, ob Sie einen zuverlässigen Auslöser für die Leistungsschaltermontage benötigen. Produkt anzeigen →

MCCB-Lichtbogenschachtbaugruppe der KYM-Serie Diese Lichtbogenkammerbaugruppe beeinflusst direkt die Unterbrechungsleistung des Leistungsschalters. Auf der Seite wird ein vollständiger Produktions- und Testaufbau erwähnt, was sie für Hersteller relevant macht, die Timing-Tests konsistent bestehen möchten. Produkt anzeigen →

Dies sind repräsentative Beispiele aus dem Sortiment, das Kaiyuanfeng für 100 A bis 800 A Kompaktgehäuseschalter und 1600 A bis 4000 A Rahmenschalter liefert. Die vollständige Liste der Bauteile finden Sie im Katalog für MCCB-Komponentenbaugruppen .

Praktische Checks für Einkäufer und Prüfingenieure

Ingenieure, die Leistungsschalterkomponenten bewerten oder Zeitzertifikate während der Inbetriebnahme überprüfen, können das Risiko durch ein paar Kontrollen reduzieren. Bestätigen Sie zunächst, was das Zertifikat gemessen hat: Freigabereaktion, Kontakttrennung oder vollständige Freigabe. Die Beschriftungen in den Berichten verschiedener Hersteller sind nicht immer identisch. Zweitens vergleichen Sie die gemessene Betriebszeit mit der Live-Fahrtkurve. Wenn der Wert um mehr als etwa 20–30 % vom Datenblattwert abweicht, liegen vermutlich verschlissene Federn, erodierte Kontakte oder falsche Freigabeeinstellungen vor. Drittens sollten Sie beim Kauf von Komponenten für die Produktion die Chargenkonsistenz in Bezug auf Kontaktmasse, Federrate und Ausrichtung überprüfen, da das Timing eine toleranzempfindliche Leistung ist.

• Fordern Sie bei der Qualifizierung eines neuen Lieferanten Zeittestdaten und nicht nur eine Fahrtkurvenzeichnung an.
• Stellen Sie sicher, dass interne Zubehörauslöser (Spannungsauslöser, Unterspannungsauslöser) bei Nennsteuerspannung getestet werden.
• Messen Sie während der Wartung die Öffnungszeit am Mechanismus vor und nach dem Austausch der Kontakte, um den Verschleiß festzustellen.
• Bewahren Sie Ersatzkontaktbaugruppen und Lichtbogenkammern aus derselben Produktionscharge auf, um eine wiederholbare Zeitsteuerung zu gewährleisten.

Für alle, die eine schnelle visuelle Auffrischung darüber wünschen, wie die internen Teile mit der Timing-Sequenz zusammenhängen: Anleitung zum Inhalt eines Kompaktleistungsschalters ist ein nützlicher Begleiter.

Häufig gestellte Fragen zur Betriebszeit und Auslösezeit von Leistungsschaltern